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Research on a deconvolution algorithm for laser-induced fluorescence diagnosis based on the maximum entropy principle

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Plasma Science and Technology 2024年第7期26卷 93-107页

作者：雷清雲杨雄程谋森张帆郭大伟李小康肖文杰 National University of Defense Technology Changsha 410073People’s Republic of China Bejing Institute of Tracking and Telecommunications Technology Beijing 100094People’s Republic of China

Laser-induced fluorescence(LIF)spectroscopy is employed for plasma diagnosis,necessitating the utilization of deconvolution algorithms to isolate the Doppler effect from the raw spectral ***,direct deconvolution becomes invalid in the presence of noise as it leads to infinite amplification of high-frequency noise *** address this issue,we propose a deconvolution algorithm based on the maximum entropy *** validate the effectiveness of the proposed algorithm by utilizing simulated LIF spectra at various noise levels(signal-to-noise ratio,SNR=20–80 d B)and measured LIF spectra with Xe as the working *** the typical measured spectrum(SNR=26.23 d B)experiment,compared with the Gaussian filter and the Richardson–Lucy(R-L)algorithm,the proposed algorithm demonstrates an increase in SNR of 1.39 d B and 4.66 d B,respectively,along with a reduction in the root-meansquare error(RMSE)of 35%and 64%,***,there is a decrease in the spectral angle(SA)of 0.05 and 0.11,*** the high-quality spectrum(SNR=43.96 d B)experiment,the results show that the running time of the proposed algorithm is reduced by about98%compared with the R-L iterative ***,the maximum entropy algorithm avoids parameter optimization settings and is more suitable for automatic *** conclusion,the proposed algorithm can accurately resolve Doppler spectrum details while effectively suppressing noise,thus highlighting its advantage in LIF spectral deconvolution applications.

关键词： maximum entropy spectral deconvolution laser-induced fluorescence spectrum

低功率霍尔推力器阳极供气环工程设计关键参数仿真

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国防科技大学学报 2023年第3期45卷 53-60页

作者：龙建飞罗威程谋森杨威孙明明南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001 国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073 兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室甘肃兰州730000

为了提高低功率霍尔推力器放电通道内中性原子分布均匀性,采用有限元方法对阳极供气环关键结构参数进行优化研究。针对双腔式阳极供气环结构,重点分析了缓冲腔容积比以及缓冲腔隔板导流小孔数量等关键参数对阳极供气均匀性的影响。研究... 详细信息

为了提高低功率霍尔推力器放电通道内中性原子分布均匀性,采用有限元方法对阳极供气环关键结构参数进行优化研究。针对双腔式阳极供气环结构,重点分析了缓冲腔容积比以及缓冲腔隔板导流小孔数量等关键参数对阳极供气均匀性的影响。研究结果表明:随着缓冲腔容积比的增大,阳极供气环出气孔差异率先快速减小后趋于稳定,其中当容积率k=1.0时,平均差异率和最大差异率分别为1.77%和3.79%;隔板间导流小孔数量从8增加到14时,出气孔差异率呈现浴盆曲线特性,其中导流孔数量为10时,平均差异率和最大差异率分别为1.8%和3.8%。研究结果可为霍尔推力器阳极供气环工程设计提供理论支撑。

关键词：霍尔推力器阳极供气环有限元质量流量均匀性

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激光烧蚀聚甲醛的热-化学耦合模型及其验证

物理学报 2014年第10期63卷 412-420页

作者：李干程谋森李小康国防科学技术大学航天科学与工程学院长沙410073

针对激光辐照聚甲醛的烧蚀现象,建立了一种包含升温、相变、热解及热解产物飞散等过程的热-化学耦合模型.采用无规热解模型描述聚甲醛升温后的热解过程,给出了不同热解率下热解产物的组成.利用基团贡献法计算烧蚀产物组分的热力学性质,... 详细信息

针对激光辐照聚甲醛的烧蚀现象,建立了一种包含升温、相变、热解及热解产物飞散等过程的热-化学耦合模型.采用无规热解模型描述聚甲醛升温后的热解过程,给出了不同热解率下热解产物的组成.利用基团贡献法计算烧蚀产物组分的热力学性质,并按照混合法则确定烧蚀产物混合物的名义标准沸点和临界温度.当烧蚀产物温度低于临界温度时,以液态蒸发机理表征热解产物的烧蚀,用Knudsen层关系式计算烧蚀质量;反之热解产物飞散由气体动力学机理控制,采用间断守恒关系及Jouguet条件描述烧蚀进程.本模型可给出激光辐照下聚甲醛的烧蚀质量、烧蚀温度、烧蚀产物组成和不同机理的烧蚀比率.与实验结果对比表明,当激光能量密度小于30 J/cm2时本模型能准确地描述烧蚀过程.

关键词：激光烧蚀聚甲醛热-化学耦合临界温度

液氢液氧火箭发动机预冷与启动过程数值模拟综述

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推进技术 2002年第3期23卷 177-181页

作者：程谋森刘昆张育林国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

从预冷与启动过程推进剂供应管路内低温瞬变流计算、启动过程涡轮泵动态模型、燃烧室内点火过程动态模型、发动机瞬变模型的降阶方法及发动机系统动态方程解算的数值方法等几个方面 ,介绍了液氢液氧发动机预冷与启动过程数值模拟研究现... 详细信息

从预冷与启动过程推进剂供应管路内低温瞬变流计算、启动过程涡轮泵动态模型、燃烧室内点火过程动态模型、发动机瞬变模型的降阶方法及发动机系统动态方程解算的数值方法等几个方面 ,介绍了液氢液氧发动机预冷与启动过程数值模拟研究现状 ,分析了存在的问题。

关键词：氢氧发动机启动仿真仿真模型数值算法述评

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激光供能换热器概念设计及性能分析

推进技术 2007年第5期28卷 462-466页

作者：禹图强程谋森国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

针对换热器模式激光推进的特点,设计了一种新颖的平板式换热器结构,这种结构由多层异质材料复合外壳、耐高温金属框架和层流微通道组成,具有较高的激光-热转换效率。建立了换热器出口截面二维温度场模型并进行数值分析,其结果验证了换... 详细信息

针对换热器模式激光推进的特点,设计了一种新颖的平板式换热器结构,这种结构由多层异质材料复合外壳、耐高温金属框架和层流微通道组成,具有较高的激光-热转换效率。建立了换热器出口截面二维温度场模型并进行数值分析,其结果验证了换热器结构的热稳定性。建立了换热器内部流体一维流动模型并进行数值分析,得出了激光辐照功率密度和流体入口速度对换热器内部流体温度分布的影响关系,验证了换热器结构设计满足流体通道压降小的要求。

关键词：激光推进换热器火箭发动机传热

中值滤波方法在燃气涡轮传感器数据校正中的应用研究

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航空动力学报 2006年第3期21卷 595-600页

作者：唐雅娟程谋森国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

分析了发动机测量信号滤波需求,设计了针对传感器数据校正的中值滤波器和快速算法,给出了模拟发动机故障和变工况试验情况下的传感器输出,给出了滤波比较研究结果。数值实验和实际应用于涡轮试验测量数据滤波的结果表明,中值滤波器对于... 详细信息

分析了发动机测量信号滤波需求,设计了针对传感器数据校正的中值滤波器和快速算法,给出了模拟发动机故障和变工况试验情况下的传感器输出,给出了滤波比较研究结果。数值实验和实际应用于涡轮试验测量数据滤波的结果表明,中值滤波器对于脉冲噪声可以完全剔除,对随机噪声也具有较好的抑制效果,并能够较好保持信号中的陡峭边沿等趋势成份。

关键词：航空航天推进系统中值滤波传感器数据校正燃气涡轮发动机脉冲噪声

基于双向偏振态激光诱导荧光方法的离子速度分布函数测量

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光谱学与光谱分析 2017年第8期37卷 2346-2351页

作者：杨雄程谋森王墨戈国防科学技术大学航天科学与工程学院湖南长沙410073

为了评估利用发散磁场构型双电层效应的紧凑式螺旋波等离子体推力器的离子加速效果,探索了一种双向偏振态激光诱导荧光测量方法来对螺旋波等离子体源近出口端的离子速度分布函数进行测量。实验中采用Ar作为螺旋波等离子体源工质,中心波... 详细信息

为了评估利用发散磁场构型双电层效应的紧凑式螺旋波等离子体推力器的离子加速效果,探索了一种双向偏振态激光诱导荧光测量方法来对螺旋波等离子体源近出口端的离子速度分布函数进行测量。实验中采用Ar作为螺旋波等离子体源工质,中心波长为611.662nm的激光以轴向方式注入等离子体,以激励一价Ar离子获得波长为461.086nm的诱导荧光光谱。为了消除磁化等离子体中逆塞曼效应对激光诱导荧光光谱带来的分裂影响,通过四分之一波片将入射激光分别调制为左旋和右旋圆偏振态,并对其诱导光谱进行了分别测量,结果发现不同磁场强度下两次测量结果的偏移值与理论高度吻合,证明了双向偏振态激光诱导荧光测量方法的理论可行性。进一步,采用高斯型滤波器反卷积算法从测量光谱中去除自然展宽和能量饱和效应,再通过对两次相反偏振态测量结果进行平移处理消除逆塞曼效应,从而分离得到实际的多普勒效应。测量了射频能量600 W,不同轴向位置、磁场大小以及气体压力下的螺旋波Ar等离子体激光诱导荧光光谱,结果表明在该实验条件下离子并没有因双电层效应而达到期望值的加速效果,离子速度的形成可能只是一种磁约束作用下的双极电场所导致,并不能产生好的推力性能。

关键词：激光诱导荧光离子速度分布函数逆塞曼效应螺旋波等离子体

应用压力间断解析解修正AUSM^+-up格式

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国防科技大学学报 2014年第3期36卷 1-5页

作者：李干程谋森李小康国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073

AUSM+-up格式是近年来发展的AUSM类格式,通过在对流通量中引入压力耗散,同时在压力通量中引入速度耗散,使之在各种马赫数下均有良好的收敛性和稳定性。然而,通过对格式的分析,我们发现当马赫数为零时,在压力间断位置会出现质量通量无穷... 详细信息

AUSM+-up格式是近年来发展的AUSM类格式,通过在对流通量中引入压力耗散,同时在压力通量中引入速度耗散,使之在各种马赫数下均有良好的收敛性和稳定性。然而,通过对格式的分析,我们发现当马赫数为零时,在压力间断位置会出现质量通量无穷大的非物理现象。为了克服这一缺陷,采用特征线法获得了压力间断问题的解析解;以此为基础,对对流通量中的压力耗散项进行修正,发展出新的AUSM+-up格式。以新的格式对不同速度驱动下的冲击波发展、不同强度压力间断问题和激波衍射问题进行了仿真,计算结果与理论解吻合得较好。

关键词：压力间断解析解 AUSM^+-up格式

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螺旋波等离子体放电三维直接数值模拟

物理学报 2017年第2期66卷 239-249页

作者：杨雄程谋森王墨戈李小康国防科学技术大学航天科学与工程学院长沙410073

在详细考虑电化学反应和粒子碰撞关系的基础上,建立了螺旋波放电三维直接数值计算模型,舍弃以往模型小扰动假设,对Maxwell方程组直接求解以计算电磁场能量沉积份额,扩展了螺旋波等离子体计算模型的精度和适用范围.以Ar为工质气体的仿真... 详细信息

在详细考虑电化学反应和粒子碰撞关系的基础上,建立了螺旋波放电三维直接数值计算模型,舍弃以往模型小扰动假设,对Maxwell方程组直接求解以计算电磁场能量沉积份额,扩展了螺旋波等离子体计算模型的精度和适用范围.以Ar为工质气体的仿真结果显示:密度跃升效应和电子温度与放电压力的关系与Toki等和Chen的实验结果符合较好;与经典鞘层理论对比,在粒子数密度、德拜长度、电势以及电子温度的分布上取得高度一致,验证了模型的有效性和精度.利用本文模型研究了低场螺旋波放电过程中的磁场峰值现象,验证了放电室端面的波干涉机理,并发现波干涉的本质是螺旋波分量与其端面回波叠加形成的驻波.

关键词：等离子体螺旋波直接数值模拟波干涉